Teknologi Planar

Teknologi Planar merupakan satu-satunya teknologi yang menjadi dasar utama dalam permulaan pengolahan bahan-bahan semikonduktor. Dengan adanya teknologi planar telah memungkinkan terciptanya transistor stabil dan mendorong pesatnya ndustri semikonduktor pada akhir tahun 1950-an. Pada awal tahun 1960-an teknologi itu dikembangkan lagi menjadi sebuah piranti baru yang berupa sirkuit terintegrasi yang merupakan kombinasi dari transistor, resistor dan kapasitor.

Pada teknologi planar yang selalu menjadi perhatian serius saat ini adalah dalam pengolahan bahan baku silikon semikonduktor menjadi bentuk wafer, yang merupakan bahan yang siap dikonversi menjadi bentuk-bentuk piranti seperti IC. Adapun proses yang termasuk menjadi langkah pembuatan wafer silikon yaitu proses produksi silikon polikristalin, pengembangan kristal, serta pemotongan dan pembentukan wafer.

Produksi Silikon Polikrista

Bahan permulaan untuk produksi silikon umumnya ada 2 macam bahan yang berasal dari bumi, yaitu pasir (silikon dioksida) dan zat karbon yang telah dibersikan (dari arang, batu bara, serpih-serpihan kayu, dan lain-lain). Jika dkedua bahan tersebut bereaksi bersama pada temperatur tinggi dalam tungku elektronik maka silikon dioksida akan terpisah dari oksidanya menjadi silikon saja. Dalam reaksi ini elemen silikon merupakan asap yang terjadi dalam reaksi pada temperatur tersebut. Kemudian dikondensasi sehingga kira-kira memberikan hasil 98% bahan silikon bersih yang dikenal dengan istilah Silikon Tingkat Metalurgi (metalurgical grade silicon).

SiO2 + 2-------> Si + 2CO
Dengan hanya berupa sebagian kecil fraksi dari metallurgical grade silicon yang telah dibersihkan maka bahan ini dapat digunakan dalam berbagai macam terapan dalam perakitan piranti-piranti untuk industri semikonduktor.

Proses pembersihan Metallurgical grade silicon diselesaikan dengan pengubahan material ini ke dalam Trichlorosilane (SiHCl₃), yaitu dengan cara fraksinasi sederhana (atau bisa juga dengan distilasi) sehingga bahan silikon menjadi bahan semikonduktor yang standar. Trichlorosilane kemudian dikurangi dengan H₂ supaya sekali lagi memberikan hasil suatu polycrystalline silicon. Reaksi untuk membentuk SiHCl₃ adalah sebagai berikut:

Si + 3HCI --------> SiH₃ + H₂
1250^o C
[hasil reaksi lain +SiCiH₄]

Fraksinasi terpisah SiHCl₃ merupakan hasil utama dari reaksi SiCl₃ (silicon tetracloride), doping pengotor klorida (seperti fosfor, boron dan galium) dan klorida logam (seperti besi dan tembaga).

Silikon tingkat semikonduktor (yaitu silikon yang kurang lebih terdiri dari 1 bagian per satu milyar impurotas/pengotor) sekarang bisa diproduksi dengan pengurangan temperatur tinggi dari SiHCl3 yang telah bersih. Reaksi kimia ini terjadi dalam suatu kamar yang disebut "decomposer". Reaksi pengurangan yang merupakan reaksi balik dari reaksi di atas adlah sebagai berikut :

SiHCl₃ + H₂ --------> Si + 3HCl
100^oC

Pengembangan Kristal

Ada tiga teknik yang secara komersial digunakan untuk pengembangan kristal silikon, yaitu teknik Czochralski, teknik Float Zone dan teknik Bridgman.

Pembentukan dan Pemotongan Wafer

Setelah melewati proses produksi polikristal silikon dan pengembangan kristal dengan karakteristik kimia dan kristalisasi diperoleh, kemudian bulatan ini dipotong ke dalam bentuk wafer. Karakteristik fisik harus cocok dengan pemrosesan berikutnya, sehingga dimensi dan batasan toleransi wafer bisa didikte dengan persyaratan dan perlengkapan otomatis yang digunakan dalam pemrosesan piranti.

Pada saat ini umumnya dimensi wafer bervariasi dari sekitar 50 sampai 150 mm diameternya dengan ketebalan berkisar 0,5 sam 0,7 mm, bergantung pada diameternya.

Orientasi wafer ditunjukkan dengan himpunan tiga bilangan bulat dalam bentuk (XYZ), ini dikenal dalam istilah teknologi semikonduktor dengan sebutan "index Miller". Indeks Miller menunjukkan bidang datar yang dibatasi oleh garis-garis perpotongan pada sumbu tiga dimensi X, Y dan Z. seperti yang terlihat pada contoh Gambar 1a. Orientasi atom-atom kristal pada indeks (iii) mengandung arti bahwa posisi atom-atom mayoritas kristal terdapat pada luasan bidang diagonal datar abc yang dibentuk dari perpotongan garis sumbu X, Y dan Z.

Gambar 1

Dalam kalangan industri semikonduktor ada dua jenis wafer yang secara komersial banyak digunakan untuk pembuatan piranti IC yaitu wafer dengan orientasi (111) dan (000). Kedua jenis wafer ini disebut primary flat. Sedangkan wafer dengan orientasi selain (111), (000) digunakan untuk bahan tambahan wafer primary flat sehingga hasil akhir setelah menjadi piranti misalnya IC, piranti tersebut dapat diidentifikasikan tipe-nya (tipe-nya biasanya berupa tipe-P atau tipe-N).Bahan yang ditambahkan pada wafer primary flat itu dikenal dengan istilah secondary flat yang orientasinya berupa (100), (110), (001) dan (011). Pada Gambar 2 dapat dilihat ilustrasi karakteristik secondary flat yang besar alfa merupakan besar sudut yang relatif terhadap primary flat.

Gambar 2

Setelah wafer diidentifikasikan maka pada akhirnya permukaan wafer dipotong dan dihaluskan sampai mengkilat untuk memberikan bentuk-bentuk bahan yang siap diproses selanjutnya pada teknologi semikonduktor menjadi piranti-piranti yang sirkuitnya terintegrasi.